Polymerbeschichtung schützt MXene und steigert Ausbeute bei Umwandlung von Kohlendioxid in Methan

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Su-Il In vom Department of Energy Science & Engineering am DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology) hat laut Phys.org eine photokatalytische Technologie entwickelt, die die Stabilität von MXene verbessert. MXene ist ein zweidimensionales Nanomaterial mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit. Das Team arbeitete mit Gruppen unter der Leitung von Professor Insik In von der Korea National University of Transportation, Professor Taegyeong Lee von der Hanyang University und Professor Soorathep Kheawhom von der Chulalongkorn University in Thailand zusammen.

Laut Phys.org oxidiert MXene leicht, wenn es Wasser und Sauerstoff ausgesetzt ist, was seine Leistung beeinträchtigt. Das Team wandte eine Oberflächenmodifizierungstechnik an, bei der ein organisches Polymer an die MXene-Oberfläche gebunden wird, um eine Schutzschicht zu bilden. Phys.org berichtete, dass das beschichtete Material auch in Umgebungen mit Wasser eine stabile Leistung beibehielt.

Das Team kombinierte das oberflächenmodifizierte MXene (f-MXene) mit reduziertem TiO₂ (RT), das bei Lichteinwirkung chemische Reaktionen auslöst, sowie mit Kupfernanopartikeln (Cu). Ein Photokatalysator ist ein Material, das chemische Reaktionen mithilfe von Licht antreibt. Laut Phys.org erleichtert das MXene den Elektronentransfer, also die Bewegung von Elektronen, während das Kupfer die Reaktion fördert, die Kohlendioxid in Methan umwandelt.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten laut Phys.org, dass der Photokatalysator Cu/f-MXene/RT 18,1 μmol/g (Mikromol pro Gramm) Methan erzeugte, etwa das 200-Fache der Leistung von RT allein. Phys.org berichtete, dass Experimente und theoretische Berechnungen bestätigten, wie das oberflächenmodifizierte MXene und die Kupfernanopartikel den Elektronentransfer erleichtern und die Methanbildung fördern.

Su-Il In sagte, die Studie habe gleichzeitig die Stabilität des Photokatalysators und seine Leistung bei der Umwandlung von Kohlendioxid verbessert, indem die Oberfläche von MXene kontrolliert wurde, das er als anfällig für Wasser und Licht beschrieb. Er sagte, das Team erwarte, dass die Technologie für die Umwandlung von Kohlenstoffressourcen genutzt werde, bei der Sonnenlicht eingesetzt wird, um Kohlendioxid in nützliche Brennstoffe wie Methan umzuwandeln.

Die Arbeit von Dongyun Kim und anderen trägt den Titel 'Surface-Functionalized MXene for Enhanced Photocatalytic CO₂ Reduction' und wurde in Advanced Energy Materials mit der DOI 10.1002/aenm.71560 veröffentlicht. Phys.org teilte mit, dass sein Artikel vom Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology bereitgestellt wurde.